EP1176468B1 - Bi-couche de résine pour photolithographie dans l'extrême ultraviolet (EUV) et procédé de photolithogravure en extrême ultraviolet (EUV) - Google Patents
Bi-couche de résine pour photolithographie dans l'extrême ultraviolet (EUV) et procédé de photolithogravure en extrême ultraviolet (EUV) Download PDFInfo
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- EP1176468B1 EP1176468B1 EP01401972A EP01401972A EP1176468B1 EP 1176468 B1 EP1176468 B1 EP 1176468B1 EP 01401972 A EP01401972 A EP 01401972A EP 01401972 A EP01401972 A EP 01401972A EP 1176468 B1 EP1176468 B1 EP 1176468B1
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
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- G03F7/075—Silicon-containing compounds
Definitions
- the present invention relates to a method of photolithography of a semiconductor substrate and a masking layer used for this method and which contains resins sensitive to wavelengths of the extreme ultraviolet (EUV). These resins are intended for the production of masks resistant to plasma etching and enabling the production of structures smaller than 0.1 ⁇ m in size.
- EUV extreme ultraviolet
- ultraviolet range refers to wavelengths of less than 100 nm and in particular wavelengths of about 11 to 13 nanometers.
- the range for which the wavelengths are between 300 and 100 nm is generally referred to as the deep ultraviolet range. It is also recalled that the ultraviolet range corresponds to wavelengths between 700 and 300 nm.
- the wavelengths commonly used in the field of photolithography belong to the deep ultraviolet (DUV) domain and are generally of the order of 193 to 248 nanometers and make it possible to obtain structures of critical dimensions of 0.18. ⁇ m to 0.12 ⁇ m.
- DUV deep ultraviolet
- These multi-layers have a low absorption and refractive indices respectively greater than and less than 1 in the range 70-100 eV which corresponds to wavelengths of 18 to 12 nm.
- Such masks are made by palladium deposition on multi-layers of silicon and molybdenum.
- the sources used to produce EUV radiation are either a synchrotron or a plasma generated by the firing of a pulsed laser on a metal target (Cu, Au and Sn) or using gas jets "clusters "Xenon.
- top surface imaging TSI surface imaging techniques
- silylation which consists of a disilane-based reactive gas diffusion
- planarizing resin the bi-layers consisting of organosilicon resin and planarizing resin
- the sensitivity of polymers to EUV radiation is generally high but the penetration depth may be too low to allow the use of resin layers thick enough to mask the etching and this regardless of the technique used.
- organosilicon resins have a high potential because they can consist of molecules that are either richer in carbon or more rich in silica which, after exposure to EUV, adopt a positive or negative behavior to development.
- This positive or negative behavior is obtained by a development in acidic or basic solution of the insolated parts richer in silica or by a solvent development of the unexposed parts.
- Tests were carried out at 193 nm on polysiloxanes and polysilazanes for the manufacture of structures at 0.1 and 0.2 nm which show a satisfactory sensitivity of 30 to 100 mJ / cm 2 at 193 nm. At 13.4 nm, the energy is much higher (92.5 eV) and leads to the excitation of electrons Si 2p and Si 2s. However, it appeared that the limiting factor remained absorption.
- This pathway while promising, remains a surface imaging technique because of the absorption of light at the surface of the layers and gives rise to related problems of lateral diffusion and pattern resistance.
- methacrylic esters of the type HEMA hydroxy-ethyl methacrylate
- the energy is much higher (92.5 eV) and allows easier photoablation of certain polymers or sublimation by depolymerization of intrinsically unstable polymers.
- Tests were carried out with intrinsically unstable polymers of the polyphthalaldehyde type, polymer synthesized below its floor temperature, ie at a temperature above which the equilibrium of the polymerization and depolymerization reactions would shift towards the depolymerization, and graft-stabilized of a stable molecule at the end of the chain.
- the object of the invention is therefore to overcome the problems raised by the state of the art and to allow the execution of photolithography under extreme ultraviolet radiation.
- the resolution of the problems of the state of the art is obtained by providing a masking layer for the semiconductor substrate etching according to claim 1 in which the pattern to be engraved is transferable. by photolithography at wavelengths between 10 and 100 nm from the extreme ultraviolet and which is resistant to plasma etching.
- This masking layer for semiconductor substrate etching comprises a two-layer structure comprising an upper layer of a material sensitive to wavelengths between 10 and 100 nm from the extreme ultraviolet and resistant to wavelengths. between 300 and 100 nm of the deep ultraviolet and / or wavelengths between 700 and 300 nm of the ultraviolet and a lower layer of a material resistant to wavelengths between 10 and 100 nm of the extreme ultraviolet and plasma etching once the development of said resin is achieved and sensitive to wavelengths between 300 and 100 nm deep ultraviolet and / or at wavelengths between 700 and 300 nm ultraviolet .
- the upper layer is a resin not resistant to extreme ultraviolet radiation in which the image of the lithographic mask is transferred by a physical process called photoablation and which does not require stage of development
- the lower layer is an ultraviolet-resistant radiation resistant resin which will serve as a masking layer resistant to plasma etching once the development of said resin achieved.
- the upper layer thus defined serves as a self-worn mask during the image transfer by full plate insolation in the lower layer.
- One of the advantages of an assembly of materials defining the two-layer structure according to the invention is that it requires an EUV photolithography step and a full-plate DUV exposure but that it only requires a single phase of development in phase. usual liquid or plasma dry phase.
- such an assembly comprising an upper layer of photoablation and a lower developable dry layer, saves a spreading track and ensures optimal definition of lithographic patterns below 0.1 microns.
- the material for the upper layer of the two-layer assembly according to the invention is chosen from a nitrocellulose-based resin and / or a polyphthalaldehyde-based resin.
- the lower layer comprises a material capable of being transformed into pseudosilica.
- the transformation of the material included in said lower layer into pseudosilica is obtained by means of an oxygen-based plasma treatment.
- said lower layer comprises an organosilicon material chosen from polysiloxanes and / or polysilazanes.
- said organosilicon material is selected from polyphenylmethylsilsesquioxane or perhydrosilazane.
- said lower layer is obtained by depositing a polymethylsilane plasma.
- the invention also relates to the use of a masking layer according to claim 9, comprising a photo-ablation layer sensitive to wavelengths between 10 and 100 nm from the extreme ultraviolet and resistant to wavelengths. between 300 and 100 nm of the deep ultraviolet and / or at wavelengths between 700 and 300 nm of the ultraviolet coupled to a wavelength-resistant polymeric resin layer of between 10 and 100 nm extreme ultraviolet and plasma etching once the development of said resin realized and sensitive to wavelengths between 300 and 100 nm deep ultraviolet and / or wavelengths between 700 and 300 nm of ultraviolet for semiconductor substrate etching.
- photolithography mask according to the invention allows the realization of patterns smaller than 0.1 microns.
- the image of the lithographic mask is made directly in the upper layer by a physical process of photo-ablation without loss of dimension because the effects of diffusion or conventional dissolution of the wet development are removed.
- Said photoablation layer or upper layer comprises a nitrocellulose-based resin and / or a polyphthalaldehyde-based resin.
- said polymer resin layer comprises a material capable of being transformed into pseudosilica.
- the transformation of the material included in said polymer layer into pseudosilica is obtained by means of an oxygen plasma treatment.
- said lower layer of polymer resin comprises an organosilicon material, said organosilicon material is chosen from polysiloxanes and / or polysilazanes.
- said organosilicon material is selected from polyphenylmethylsilsesquioxane or perhydrosilazane.
- said polymer resin layer is obtained by depositing a polymethylsilane plasma.
- the invention also relates to a photolithographic method according to claim 6 involving the use of a mask according to the invention and in particular a method of photolithography of an ultraviolet semiconductor substrate comprising an ultraviolet insolation step of a layer of polymer resin covering a substrate being a layer intended to be etched disposed on a support layer, a step of developing said layer of polymer resin after exposure and a step of etching said layer to be etched according to the pattern of mask thus formed in which a first layer of polymeric resin resistant to wavelengths between 300 and 100 nm deep ultraviolet and / or wavelengths between 700 and 300 nm of the ultraviolet by the wavelengths between 10 and 100 nm from the extreme ultraviolet, then we insole a second layer of resistan polymer resin at wavelengths between 10 and 100 nm from the extreme ultraviolet and at plasma etching once the development of said resin has been achieved, by the wavelengths between 300 and 100 nm of the deep ultraviolet before to proceed to the development of the pattern of the thus insolated mask and the etching of said layer to
- said top layer of polymer resin comprising a nitrocellulose-based resin and / or a polyphthalaldehyde-based resin will be chosen.
- said second polymer resin layer comprises a material that can be converted into pseudosilica.
- the transformation of the material included in said second polymer layer into pseudosilica is obtained by means of an oxygen plasma treatment.
- said lower layer of polymer resin comprises an organosilicon material, said organosilicon material is chosen from polysiloxanes and / or polysilazanes.
- said organosilicon material is selected from polyphenylmethylsilsesquioxane or perhydrosilazane.
- said second polymer resin layer is obtained by depositing a polymethylsilane plasma.
- FIGS. 1 to 7 show sectional views of a device comprising a masking layer according to the invention at different stages of carrying out the method according to the invention.
- the figure 1 has an assembly comprising a support layer 1 on a surface of which rests a layer 2 of a substrate to be etched. On this assembly is disposed a first layer 3 of polymeric resin resistant to wavelengths between 10 and 100 nm from the extreme ultraviolet and to plasma etching once the development of said resin produced and sensitive to wavelengths between 300 and 100 nm deep ultraviolet. Finally a second layer 4 of polymeric resin resistant to wavelengths between 300 and 100 nm deep ultraviolet and / or at wavelengths between 700 and 300 nm of the ultraviolet and sensitive to wavelengths between 10 and 100 nm of the extreme ultraviolet complete this starting assembly. A mask 5 carrying the pattern to be etched on the layer 2 is then used.
- the material constituting the support 1 will be a material containing silicon, for example pure mono- or polycrystalline silicon, or any other material commonly used in the production of integrated circuits.
- a material containing silicon and preferably a material with a composition different from that of the support 1, for example a silicon / germanium alloy of the Si 1-x Ge type will also be chosen.
- x (0 ⁇ x ⁇ 1) or of the type Si 1-xy Ge x C y (0 ⁇ x ⁇ 0.95 and 0 ⁇ y ⁇ 0.95) which will be selectively removable with respect to the material of the support 1, for example by means of a moist oxidizing chemistry, for example with a 40 ml solution HNO 3 70% + 20 ml H 2 O 2 + 5 ml HF 0.5%, or by means of an isotropic plasma etching.
- the upper layer 4 selected from materials comprising a nitrocellulose-based resin and / or a polyphthalaldehyde-based resin. Indeed, these materials are photo-ablatable in EUV but have a resistance of the order of 2000 to 3000 mJ / cm 2 at 193 nm.
- a nitrocellulose resin has a sensitivity of 140 mJ / cm 2 in EUV and a sensitivity of 3000 mJ / cm 2 to 193 nm. These materials can be indifferently resistant or not to plasma etching.
- the lower layer 3 comprises a material that can be converted into pseudosilica, for example by means of a plasma-based treatment. oxygen.
- This material is an organosilicon material chosen from polysiloxanes and / or polysilazanes.
- the organosilicon material constituting the lower layer 3 may also be chosen from polyphenylmethylsilsesquioxane, perhydrosilazane or may be obtained by deposition of a polymethylsilane plasma. These materials have a sensitivity of less than 100 mJ / cm 2 at 193 nm.
- polyphenylmethylsilsesquioxane and perhydrosilazane have respective sensitivities of 100 and 40 mJ / cm 2 at 193 nm.
- the constituent materials of the lower layer 3 are, however, chosen so that they are resistant to plasma etching once the development of said resin has been achieved at wavelengths between 300 and 100 nm deep ultraviolet.
- This assembly is then subjected to extreme ultraviolet insolation, for example at 13.4 nm.
- the second layer then undergoes photoablation in the areas not protected by the mask 5.
- the assembly is then subjected to deep ultraviolet irradiation, for example at 193 nm.
- the assembly thus made is then etched so as to eliminate the parts of the layer 2 left free and unprotected by the stacks 8.
- the assembly thus made is then etched so as to eliminate the parts of the layer 2 left free and unprotected by zones 6 of layer 3 in the same way as during positive development.
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Description
- La présente invention concerne un procédé de photolithogravure d'un substrat semi conducteur ainsi qu'une couche de masquage utilisée pour ce procédé et qui contient des résines sensible aux longueurs d'onde de l'extrême ultra-violet (EUV). Ces résines sont destinées à la réalisation de masques résistant à la gravure par plasma et permettant la réalisation de structure à dimensions inférieures à 0,1 µm.
- On appelle en général domaine de l'extrême ultra-violet, les longueurs d'onde inférieures à 100 nm et en particulier les longueurs d'onde voisines de 11 à 13 nanomètres.
- Le domaine pour lesquels les longueurs d'onde sont comprises entre 300 et 100 nm est en général appelé domaine de l'ultraviolet profond. On rappelle également que le domaine de l'ultraviolet correspond à des longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm.
- Les longueurs d'onde couramment utilisées dans le domaine de la photolithogravure appartiennent au domaine ultra-violet profond (DUV) est sont en général de l'ordre de 193 à 248 nanomètres et permettent l'obtention de structure de dimensions critiques de 0,18 µm à 0,12 µm.
- A ces longueurs d'onde, certaines résines présentent déjà un comportement de photo-ablation étant donné que l'énergie de la radiation est de l'ordre de 6,4 eV pour une longueur d'onde de 193 nm. Pour une longueur d'onde de 13 nm qui correspond à une énergie de 92,5 eV, on devrait observer la photo-ablation ou la sublimation partielle par dépolymérisation de nombreuses résines constituant les masques de photolithogravure.
- Ces constatations conduisent à concevoir différemment la composition des matériaux constitutifs des masques de photolithogravure puisque l'addition de composés photosensibles ou de générateurs d'acide les rendant sensibles n'est plus nécessaire, les matériaux étant quasi-naturellement sensibles aux longueurs d'onde de 11 à 13 nm.
- Les techniques actuelles de photolithogravure utilisent un laser excimère ArF à 193 nm (DUV) et permettent la fabrication de structures de dimension critiques de l'ordre de 0,1 µm par utilisation de masques à décalage de phase (MPD).
- Déjà à cette longueur d'onde, des problèmes de transparence des masques commencent à apparaître et pour des longueurs d'onde plus courtes, d'autres limitations interviennent comme par exemple une absorption trop élevée des résines conventionnelles à amplification chimique, l'absence de transparence de la silice pour des longueurs d'onde inférieures à 160 nm qui impliquent l'utilisation de CaF2 et l'obligation de travailler sous flux d'azote ou sous vide dès 172 nm.
- Pour ces raisons et pour repousser les limites de la lithographie en UV profond sans avoir à recourir aux techniques MPD de nombreux essais utilisant l'extrême ultra-violet ont été réalisés en utilisant des longueurs d'onde voisines de 11 nm à 13 nm, d'autres explorant la lithographie par faisceaux de rayons X, la lithographie par faisceaux d'électrons ou la lithographie par faisceaux d'ions.
- L'une des principales difficultés de la mise en oeuvre des techniques de lithographie au-dessous de 193 réside principalement dans la conception de l'outil lithographique. En particulier, on rencontre souvent des problèmes d'absorption de la lumière dans les optiques et l'unique solution est d'utiliser des optiques réflectives (miroirs et masque) plutôt que réfractives et de plus sous vide. Des "photorépéteurs" (équipements de répétition d'image puce par puce) fonctionnant en mode réflectif ont été ont été utilisés par exemple pour une longueur d'onde de 13,4 nm. D'autre part, des premiers essais montrent que les multi-couches de silicium et de molybdène offrent des taux de réflexion de l'ordre de 70 % pour une longueur d'onde de 13 nm (92,5 eV) visée en EUV. Ces multi-couches présentent une faible absorption et des indices de réfraction respectivement supérieur et inférieur à 1 dans la gamme 70-100 eV qui correspond à des longueurs d'onde de 18 à 12 nm. De tels masques sont réalisés par dépôt de palladium sur multi-couches de silicium et de molybdène.
- En général, les sources utilisées pour produire un rayonnement EUV sont soit un synchrotron, soit un plasma généré par le tir d'un laser pulsé sur une cible métallique (Cu, Au et Sn) ou à l'aide de jets de gaz "clusters" de Xénon.
- Pour ce qui est des résines photosensibles, compte tenu de l'absorption généralement élevée des polymères utilisés aux faibles longueurs d'onde, on devine que la sensibilité des résines photosensibles aux EUV sera élevée mais la profondeur de pénétration très faible, c'est pourquoi on préconise généralement l'emploi de techniques à imagerie de surface dite "TSI" (top surface imaging) telles que la silylation qui consiste en une diffusion de gaz réactif à base de disilane, les bi-couches constitués de résine organosiliciée et de résine planarisante, ou l'utilisation de couches sensibles très minces ou de couches de photo-ablation.
- Comme cela vient d'être décrit, compte tenu de l'absorption élevée des résines connues aux faibles longueurs d'onde, la sensibilité des polymères aux radiations EUV est généralement élevée mais la profondeur de pénétration pourrait s'avérer trop faible pour autoriser l'emploi de couches de résine suffisamment épaisses pour servir de masque à la gravure et ceci quelle que soit la technique employée.
- En particulier, pour des résines à imagerie de surface utilisant la technique de silylation qui fait intervenir la diffusion d'un gaz réactif à base de disilane dans les zones insolées, les principales limitations concernent la non-uniformité de silylation aussi bien locale que globale due à la diffusion du gaz et au gonflement des parties insolées et une sensibilité accrue de la résine à de nombreux paramètres comme la pression de travail ou la longueur d'onde utilisée.
- Les résines à imagerie de surface faisant intervenir la technique des bi-couches constitués de résine organosiliciée et de résine planarisante semblent plus intéressantes que les techniques de silylation . En effet, les résines organosiliciées ont un fort potentiel car elles peuvent être constituées de molécules soit plus riches en carbone, soit plus riches en silice qui, après insolation aux EUV, adoptent un comportement positif ou négatif au développement. Ce comportement positif ou négatif s'obtient par un développement en solution acide ou basique des parties insolées plus riches en silice ou par un développement en solvant des parties non exposées. Des essais ont été effectués à 193 nm sur des polysiloxanes et polysilazanes pour la fabrication de structures à 0,1 et 0.2 nm qui montrent une sensibilité satisfaisante de 30 à 100 mJ/cm2 à 193 nm. A 13.4 nm, l'énergie est bien supérieure (92.5 eV) et conduit même à l'excitation des électrons Si 2p et Si 2s. Il est cependant apparu que le facteur limitant restait l'absorption.
- Cette voie, bien que prometteuse reste une technique d'imagerie de surface en raison de l'absorption de la lumière à la surface des couches et engendre des problèmes connexes de diffusion latérale et de résistance des motifs.
- Une autre voie précédemment mentionnée consiste en l'étude de résines en mono-couche très minces en raison de l'absorption élevée des EUV dans les résines telles que des résines polysiloxanes comme celles évoquées ci-dessus ou telles que des esters méthacryliques.
- En effet, de récentes observations ont été faites avec des résines à base d'esters méthacryliques du type HEMA(hydroxy-éthyl méthacrylate) sans amplification chimique qui montrent une sensibilité acceptable à 193 nm, aux faisceaux d'électrons et aux faisceaux de rayons X.
- Cependant, ces résines ont une épaisseur nécessairement très mince et ne constituent pas un masque suffisamment résistant.
- En ce qui concerne l'utilisation de couches de photoablation, des résines présentant ce comportement ont été essayées à 193 nm avec un relatif succès compte tenu de la faible énergie d'insolation (6.4 eV).
- A la longueur d'onde de 13 nm l'énergie est bien supérieure (92.5 eV) et permet une photoablation plus aisée de certains polymères ou une sublimation par dépolymérisation de polymères intrinsèquement instables.
- Des essais ont été effectués avec des polymères intrinsèquement instables du type polyphtalaldéhyde, polymère synthétisé en dessous de sa température plancher, c'est à dire à une température au-dessus de laquelle l'équilibre des réactions de polymérisation et de dépolymérisation se déplacerait vers la dépolymérisation, et stabilisé par greffage d'une molécule stable en bout de chaîne.
- Le problème principal de l'utilisation de couches de photo-ablation en mono-couche est qu'elles ne résistent pas à la gravure plasma à cause même de leur capacité à la photo-ablation et ne constituent pas de couches de masquage fonctionnelles.
- Le but de invention est donc de palier aux problèmes soulevés par l'état de la technique et de permettre l'exécution d'une photolithogravure sous des radiations de l'extrême ultraviolet.
- Selon un aspect de l'invention, la résolution des problèmes de l'état de la technique est obtenue par la fourniture d'une couche de masquage pour la gravure de substrat semi-conducteur selon la revendication 1 sur laquelle le motif à graver est transférable par photolithographie aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et qui est résistante à la gravure par plasma.
- Cette couche de masquage pour la gravure de substrat semi-conducteur comprend une structure bi-couche comprenant une couche supérieure d'un matériau sensible aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et résistant aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet et une couche inférieure d'un matériau résistant aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et à la gravure par plasma une fois le développement de ladite résine réalisé et sensible aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet.
- Ainsi selon l'invention, la couche supérieure est une résine non résistante aux radiations de l'extrême ultraviolet au sein de laquelle l'image du masque lithographique est transférée par un processus physique que l'on appelle photoablation et qui ne nécessite pas d'étape de développement, et la couche inférieure est une résine résistante aux radiations de l'extrême ultraviolet qui servira de couche de masquage résistant à la gravure plasma une fois le développement de ladite résine réalisé.
- La couche supérieure ainsi définie sert de masque auto-porté lors du transfert d'image par insolation pleine plaque dans la couche inférieure.
- Un des avantages d'un assemblage de matériaux définissant la structure bi-couche selon l'invention est qu'il nécessite une étape de photolithographie EUV et une insolation DUV pleine plaque mais qu'il ne nécessite qu'une seule étape de développement en phase liquide usuelle ou en phase sèche par plasma.
- En particulier, un tel assemblage, comprenant une couche supérieure de photoablation et une couche inférieure développable à sec, permet d'économiser une piste d'étalement et garantit une définition optimale de motifs lithographiques en dessous de 0,1 µm.
- La couche supérieure de l'assemblage bi-couche selon l'invention a les propriétés suivantes :
- elle n'est pas nécessairement résistante à la gravure plasma elle est sensible aux EUV et se décompose par photo-ablation et ne nécessite donc pas d'étape de développement supplémentaire
- elle résiste aux DUV et UV, permettant ainsi la définition des motifs par insolation pleine plaque dans la couche inférieure résistante aux radiations de l'extrême ultraviolet.
- Selon l'invention, le matériau pour la couche supérieure de l'assemblage bi-couche selon l'invention est choisi parmi une résine à base de nitrocellulose et/ou une résine à base de polyphtalaldéhyde.
- La couche inférieure de l'assemblage bi-couche selon l'invention a les propriétés suivantes:
- après développement, elle doit résister à la gravure plasma de la couche à graver et en particulier, pour la gravure de grilles en silicium poly-cristallin, elle doit résister au plasmas chlorés, bromés et fluorés),
- elle est sensible aux DUV et/ou UV, permettant ainsi la définition des motifs par insolation pleine plaque.
- En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, la couche inférieure comprend un matériau susceptible de se transformer en pseudo-silice.
- Selon un mode particulier de réalisation d'une structure bi-couche selon l'invention, la transformation du matériau compris dans ladite couche inférieure en pseudo-silice est obtenue au moyen d'un traitement plasma à base d'oxygène.
- Selon l'invention, ladite couche inférieure comprend un matériau organosilicié choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes.
- De préférence également, ledit matériau organosilicié est choisi parmi le polyphénylmethylsilsesquioxane ou le perhydrosilazane.
- Dans un mode particulier de réalisation des couches de masquage selon l'invention, ladite couche inférieure est obtenue par dépôt d'un plasma de polymethylsilane.
- L'invention concerne également l'utilisation d'une couche de masquage sleon la revendication 9, comprenant une couche de photo-ablation sensible aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et résistant aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet couplée à une couche de résine polymère résistante aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et à la gravure par plasma une fois le développement de ladite résine réalisé et sensible aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet pour la gravure de substrat semi-conducteur.
- L'utilisation de masque de photolithographie conforme à l'invention permet la réalisation de motifs de dimensions inférieures à 0,1 µm. L'image du masque lithographique est réalisée directement dans la couche supérieure par un processus physique de photo-ablation sans perte de cote du fait que les effets de diffusion ou de dissolution classiques du développement humide sont supprimés.
- Ladite couche de photoablation ou couche supérieure comprend une résine à base de nitrocellulose et/ou une résine à base de polyphtalaldéhyde.
- Selon une autre utilisation, ladite couche de résine polymère comprend un matériau susceptible de se transformer en pseudo-silice.
- En particulier, la transformation du matériau compris dans ladite couche polymère en pseudo-silice est obtenue au moyen d'un traitement par un plasma à base d'oxygène.
- Selon l'invention, ladite couche inférieure de résine polymère comprend un matériau organosilicié, ledit matériau organosilicié est choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes.
- De préférence également, ledit matériau organosilicié est choisi parmi le polyphénylmethylsilsesquioxane ou le perhydrosilazane.
- Pour une utilisation particulière selon l'invention, ladite couche de résine polymère est obtenue par dépôt d'un plasma de polymethylsilane.
- L'invention concerne également un procédé de photolitogravure selon la revendication 6 impliquant l'utilisation de masque conforme à l'invention et en particulier un procédé de photolithogravure d'un substrat semi-conducteur en ultraviolet comprenant une étape d'insolation en ultraviolet d'une couche de résine polymère recouvrant un substrat étant une couche destinée à être gravée disposée sur une couche de support, une étape de développement de ladite couche de résine polymère après insolation et une étape de gravure de ladite couche destinée à être gravée selon le motif du masque ainsi formé dans lequel on insole une première couche de résine polymère résistante aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet par les longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet, puis on insole une deuxième couche de résine polymère résistant aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et à la gravure par plasma une fois le développement de ladite résine réalisé, par les longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond avant de procéder au développement du motif du masque ainsi insolé et à la gravure de ladite couche destinée à être gravée.
- Selon l'invention, on choisira ladite couche supérieure de résine polymère comprenant une résine à base de nitrocellulose et/ou une résine à base de polyphtalaldéhyde.
- En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, ladite deuxième couche de résine polymère comprend un matériau susceptible de se transformer en pseudo-silice.
- Selon un mode particulier de réalisation d'une structure bi-couche selon l'invention, la transformation du matériau compris dans ladite deuxième couche polymère en pseudo-silice est obtenue au moyen d'un traitement par un plasma à base d'oxygène.
- Selon l'invention, ladite couche inférieure de résine polymère comprend un matériau organosilicié, ledit matériau organosilicié est choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes.
- De préférence également, ledit matériau organosilicié est choisi parmi le polyphénylmethylsilsesquioxane ou le perhydrosilazane.
- Dans un mode particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ladite deuxième couche de résine polymère est obtenue par dépôt d'un plasma de polymethylsilane.
- D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la suite de la description présentant de manière figurative et non-limitative une mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention utilisant un masque de gravure bi-couche selon l'invention.
- Les
figures 1 à 7 présentent des vues en coupe d'un dispositif comprenant une couche de masquage selon l'invention aux différentes étapes de la réalisation du procédé selon l'invention. - La
figure 1 présente un assemblage comprenant une couche support 1 sur une surface de laquelle repose une couche 2 d'un substrat destiné à être gravé. Sur cet assemblage est disposé une première couche 3 de résine polymère résistant aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et à la gravure par plasma une fois le développement de ladite résine réalisé et sensible aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond. Enfin une deuxième couche 4 de résine polymère résistante aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet et sensible aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet complète cet assemblage de départ. Un masque 5 portant le motif à graver sur la couche 2 est alors utilisé. - Idéalement, on choisira, comme matériau constitutif du support 1, un matériau contenant du silicium, par exemple du silicium pur mono- ou poly- cristallin, ou tout autre matériau communément utilisé dans la réalisation de circuits intégrés.
- En ce qui concerne la couche 2 du substrat destiné à être gravé, on choisira également un matériau contenant du silicium et de préférence un matériau de composition différente de celle du support 1 comme par exemple un alliage silicium/germanium du type Si1-xGex (0<x<1) ou du type Si1-x-yGexCy (0<x<0.95 et 0<y<0.95) qui seront sélectivement éliminables par rapport au matériau du support 1, par exemple, au moyen d'une chimie oxydante humide, par exemple avec une solution 40 ml HNO3 70% + 20 ml H2O2 + 5 ml HF 0,5%, soit au moyen d'une attaque par un plasma isotrope.
- La couche supérieure 4 choisie parmi des matériaux comprenant une résine à base de nitrocellulose et/ou une résine à base de polyphtalaldéhyde. En effet, ces matériaux sont photo-ablatables en EUV mais présentent une résistance de l'ordre de 2000 à 3000 mJ/cm2 à 193 nm. Par exemple, une résine à base de nitrocellulose présente une sensibilité de 140 mJ/cm2 en EUV et une sensibilité de 3000 mJ/cm2 à 193 nm. Ces matériaux peuvent être indifféremment résistant ou non à la gravure par plasma.
- La couche inférieure 3 comprend un matériau susceptible de se transformer en pseudo-silice, par exemple au moyen d'un traitement par un plasma à base d'oxygène. Ce matériau est un matériau organosilicié, choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes.
- Le matériau organosilicié constitutif de la couche inférieure 3 peut également être choisi parmi le polyphénylmethylsilsesquioxane, le perhydrosilazane ou encore être obtenu par dépôt d'un plasma de polymethylsilane. Ces matériaux présentent une sensibilité inférieure à 100 mJ/cm2 à 193 nm. Par exemple, le polyphénylmethylsilsesquioxane et le perhydrosilazane présentent des sensibilités respectives de 100 et 40 mJ/cm2 à 193 nm.
- Les matériaux constitutifs de la couche inférieure 3 sont toutefois choisis de manière qu'ils soient résistant à la gravure par plasma une fois le développement de ladite résine réalisé aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond.
- Cet assemblage est alors soumis à une insolation en extrême ultraviolet, par exemple à 13,4 nm. La deuxième couche subit alors une photoablation dans les zone non protégées par le masque 5.
- On obtient alors l'assemblage illustré à la
figure 2 qui montre des îlots résiduels 5 de la couche 4 entourés par des zones vides provenant de la photoablation de la couche 4. - On soumet alors l'assemblage à une insolation en ultraviolet profond, par exemple à 193 nm.
- On obtient alors l'assemblage illustré à la
figure 3 qui montre, sous les îlots résiduels 5 de la couche 4 entourés par des zones vides provenant de la photoablation de la couche 4, des îlots résiduels 7 de la couche 3 qui n'ont pas été attaqués par les radiations de l'ultraviolet profond et des zones 6, non protégées, qui ont subi l'attaque des radiations de l'ultraviolet profond. - A ce stade, deux voies de développement positive ou négative sont réalisables. Chacune de ces voies est illustrée respectivement par les
figures 4 à 5 et6 à 7 . - Dans un premier mode de développement, dit positif, on soumet l'assemblage tel qu'illustré à la
figure 3 à un développement humide permettent d'éliminer les zones 6 ayant été irradiées par l'ultraviolet profond. - On obtient alors l'assemblage illustré à la
figure 4 qui présente une couche support 1 sur une surface de laquelle repose une couche 2 d'un substrat destiné à être graver. Sur cette couche 2 reposent des empilements 8 constitués des îlots résiduels 7 de la couche 3 résistant à la gravure par plasma et des îlots résiduels 5 de la couche 4. - On grave alors l'assemblage ainsi réalisé de manière à éliminer les parties de la couche 2 laissées libres et non protégées par les empilements 8.
- On obtient alors l'assemblage illustré à la
figure 5 qui présente des îlots résiduels 9 de la couche 2 correspondant aux zones non protégées par les empilements 8 et représentant le motif du masque 5 de lafigure 1 . La présence des îlots résiduels 5 dépendra de la résistance du matériau utilisé pour élaborer la première couche 3 de résine polymère. - Dans un deuxième mode de développement, dit négatif, on soumet l'assemblage tel qu'illustré à la
figure 3 à un développement à sec, par exemple à un plasma à base d'oxygène. - On obtient alors l'assemblage illustré à la
figure 6 qui présente les zones 6 qui ont subi l'attaque des radiations de l'ultraviolet profond et présentent une résistance à la gravure par plasma, reposant sur une couche 2 d'un substrat destiné à être gravé reposant elle-même sur une surface d'une couche support 1. Les zones 6 sont présentes du fait de leur résistance, une fois la couche 3 insolée, au plasma à base d'oxygène. De préférence, dans ce mode de mise en oeuvre, on choisira pour les couches 3 et 4 un matériau ne présentant pas de résistance intrinsèque à un plasma à base d'oxygène. - On grave alors l'assemblage ainsi réalisé de manière à éliminer les parties de la couche 2 laissées libres et non protégées par les zones 6 de la couche 3 de la même manière que lors du développement positif.
- On obtient alors l'assemblage illustré à la
figure 7 qui présente des empilements 10 constitués des zones 6 de la couche 3 et des îlots résiduels 11 de la couche 2 protégés par les zones 6 de la couche 3. On obtient alors le négatif du motif du masque 5 de lafigure 1 .
Claims (9)
- Couche de masquage pour la gravure d'un substrat semi-conducteur caractérisée en ce que le motif à graver est transférable à ladite couche de masquage par photolithographie aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et que la couche de masquage (4, 3) est résistante à la gravure par plasma, et en ce qu'elle comprend une structure bi-couche comprenant une couche supérieure (4) de photo-ablation d'un matériau sensible aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et résistant aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet et une couche inférieure (3) d'un matériau résistant aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et (à la gravure par plasma une fois le développement de la couche de masquage réalisé) et sensible aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet,
où ladite couche supérieure comprend un matériau choisi parmi les résines à base de nitrocellulose et/ou les résines à base polyphtalaldéhyde et ladite couche inférieure comprend un matériau organosilicié susceptible de se transformer en pseudo silice choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes. - Couche de masquage pour la gravure de substrat semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisée en ce que la transformation du matériau organosilicié compris dans ladite couche inférieure est obtenue au moyen d'un traitement par un plasma à base d'oxygène.
- Couche de masquage pour la gravure de substrat semi-conducteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le matériau organosilicié est choisi parmi le polyphénylmethylsilsesquioxane ou le perhydrosilazane.
- Couche de masquage pour la gravure de substrat semi-conducteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite couche inférieure est obtenue par dépôt d'un plasma de polymethylsilane.
- Procédé de photolithogravure d'un substrat semi-conducteur en ultraviolet comprenant:une étape d'insolation en ultraviolet d'une couche de masquage selon la revendication 1 recouvrant un substrat destiné à être gravé disposé sur une couche de support,une étape de développement de la couche de masquage (4, 3) après insolation etune étape de gravure du dite substrat à être gravé selon le motif du masque ainsi forméladite couche de masquage comprenant une structure bi-couche comprenant une couche supérieure (4) et une couche inférieure (3),caractérisé en ce que l'étage d'insolation consiste à insoler ladite couche supérieure de photo-ablation résistante aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet avec une longueur d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet, puis a insoler ladite couche inférieure résistante aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et à la gravure par plasma une fois le développement de la couche de masquage réalisé, avec une longueur d'onde comprise entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond,ladite couche supérieure comprenant un matériau choisi parmi les résines à base de nitrocellulose et/ou les résines à base polyphtalaldéhyde et ladite couche inférieure comprenant un matériau organosilicié choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes.
- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite couche supérieure comprend un matériau défini à la revendication 2.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite couche inférieure comprend un matériau défini à l'une quelconque des revendications 2 à 4.
- Utilisation d'une couche de masquage pour la gravure de substrat semi-conducteurs,
la couche de masquage (4, 3) comprenant une structure bi-couche comprenant une couche supérieure (4) et une couche inférieure (3),
la couche supérieure de photo-ablation étant sensible aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et résistant aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet
la couche inférieure étant résistante aux longueurs d'onde comprises entre 10 et 100 nm de l'extrême ultraviolet et à la gravure par plasma une fois le développement de la couche de masquage réalisé et sensible aux longueurs d'onde comprises entre 300 et 100 nm de l'ultraviolet profond et/ou aux longueurs d'onde comprises entre 700 et 300 nm de l'ultraviolet
ladite couche supérieure comprenant un matériau choisi parmi les résines à base de nitrocellulose et/ou les résines à base polyphtalaldéhyde et ladite couche inférieure comprenant un matériau organosilicié choisi parmi les polysiloxanes et/ou les polysilazanes. - Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite couche inférieure comprend un matériau défini à l'une quelconque des revendications 2 à 4.
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